數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機或嵌入式系統(tǒng)為中心、視頻處理技術為基礎組建的的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用符合圖像數據壓縮的國際標準，綜合利用圖像傳感器、計算機網絡、自動控制和人工智能等技術。由于數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對視頻圖像進行了數字化，所以與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，數字監(jiān)控具有許多優(yōu)點。數字化的視頻系統(tǒng)可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。
數字化視頻處理技術提高了圖像的質量與監(jiān)控效率，使系統(tǒng)易于管理和維護。整個系統(tǒng)是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用和維護。正是由于數字視頻監(jiān)控技術具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控技術無法比擬的優(yōu)點，而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發(fā)展趨勢，所以數字視頻監(jiān)控技術正在逐步取代模擬監(jiān)控技術，廣泛應用于各行各業(yè)。嵌入式系統(tǒng)以體積小、實時性強、性價比高、穩(wěn)定性好等特點在社會的各個領域中得到了廣泛應用。筆者設計的一種嵌入式系統(tǒng)，以WinCE操作系統(tǒng)和ARM硬件平臺為核心實現了對
現場的實時監(jiān)控，并通過無線網絡把視頻圖像傳輸到主機端，以實現分析、存儲和顯示等功能。
1.系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)主要由操作系統(tǒng)定制、視頻圖像采集、視頻圖像無線傳輸三部分組成。系統(tǒng)的核心芯片選用基于ARM920T內核的S3C2410嵌入式微處理器，軟件環(huán)境選用Microsoft Windows CE操作系統(tǒng)。系統(tǒng)首先通過USB攝像頭采集現場實時視頻信息，并對其進行壓縮。然后，使用兩塊無線網卡在ARM開發(fā)板與上位機之間構建一個無線局域網絡，從而將壓縮的視頻數據傳輸到主機端，終端用戶即可在主機端通過流媒體播放程序查看遠程視頻影像。視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結構框圖如圖l所示。
其中，prefix為設備文件名，D11為驅動的文件名，Order為設備文件名索引。硬件配置完成后啟動操作系統(tǒng)，就可以自動加載驅動，運行應用程序進行圖像采集了。
3.2 圖像采集程序
中星微攝像頭采用了中星微301PLUS快速主控芯片。該芯片是一款高性能圖像壓縮芯片，輸出MIPEG視頻流數據。MIPEG(Motion JPEG)主要是基于靜態(tài)視頻壓縮發(fā)展起來的技術，特點是基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化，只單獨對某一幀進行壓縮，通常可達到6：1的壓縮率。它的誤差穩(wěn)定性非常好，可以獲取清晰度很高的視頻圖像，而且還可以靈活設置各路視頻清晰度，壓縮幀數。
本系統(tǒng)直接從攝像頭驅動中獲取MJPEG視頻流數據，圖像采集流程如圖3所示。
4.視頻傳輸部分
4.1 配置無線網卡
圖像傳輸模塊主要是通過USB接口的無線網卡來實現的。該無線網卡可與S3C2410集成的USB主機接口直接相連，工作在2.4 GHz的ISM頻段，采用直接序列擴頻通信方式，遵從802.11g協(xié)議，傳輸速度可達54Mbps，室內有效距離為100 m，能夠滿足局域網內視頻傳輸的要求。本系統(tǒng)通過開發(fā)板和主機之間的無線網卡構建無線局域網絡，能夠實現點對點的無縫連接，用戶通過此無線網絡可以實現文件傳輸、視頻通信等應用。
開發(fā)板端的無線網卡也需要加載驅動才能運行。本系統(tǒng)在定制WinCE操作系統(tǒng)時，首先將無線網卡的驅動程序復制到WINDOWS文件夾下，然后向注冊表中寫入無線網卡的驅動信息。WinCE操作系統(tǒng)啟動后會自動檢測無線網卡是否連接好，并加載驅動程序，此時，就可以通過應用程序調用此無線網卡了。在無線傳輸時，注意要把開發(fā)板和主機設置在同一IP網段。
4.2 傳輸視頻數據
實時傳輸協(xié)議RTP(Real time Transport Protocol)是一種實時流式傳輸協(xié)議，能夠保證媒體信號帶寬與當前網絡狀況相匹配，在一對一(umcast，單播)或者一對多 (multicast，多播)的網絡環(huán)境中實現流媒體數據的實時傳輸。RTP通常使用UDP來進行多媒體數據的傳輸。整個RTP協(xié)議由兩個密切相關的部分組成：RTP數據協(xié)議和RTCP控制協(xié)議。
針對系統(tǒng)數據的收發(fā)要求，采用了開源代碼JRT-PLIB提供的RTP協(xié)議棧。JRTPLIB是一個面向對象的RTP庫，完全遵循RFC1889設計。開發(fā)人員只要初步了解RTP協(xié)議就可以開發(fā)出高質量的音/視頻傳輸程序。把它移植到EVC上，稍作修改就可以應用在WinCE操作系統(tǒng)的ARM開發(fā)板上了。
4.2.1 建立RTP的數據發(fā)送和接收
JRTPLIB 提供的RTPSession類可以實現RTP的數據發(fā)送和接收。RTP數據發(fā)送和接收的初始化步驟基本相同。首先設置時間戳、最大的RTP包尺寸、數據超時等會話參數，然后設置基端口(注意這個端口必須是偶數，默認值為5000)。在設置好這些參數之后，就可以使用RTPSession的Create方法建立RTP數據接收和發(fā)送了。
數據發(fā)送端使用RTPIPv4Address(intIP，PORT_DATA)建立一個新的地址，再使用AddDestination將這個地址增加到發(fā)送的地址列表中。然后，調用SendPacket函數發(fā)送RTP數據。
在數據接收端建立RTP會話并且增加了目標地址后，就可以從目標地址接收數據了。此時將調用OnRtpPacket函數接收RTP數據，在這個函數里取得裝載數據并使用。在OnRTPPacket函數中，調用函數zc030x_OutPicture(&m_pDlg->frame)，對接收到的數據進行解碼。最后，調用函數StretchDIBits()，在當前窗口中顯示視頻圖像。
4.2.2 RTP的控制協(xié)議——RTCP
RTCP(Real-time Transport Control Protocol)和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統(tǒng)計資料，因此，服務器可以利用這砦信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP和RTCP配合使用，以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率達到最佳效果。
JRTPLIB是一個高度封裝的RTP庫，調用PollData()或者SendPacket()方法后，JRTPLIB能夠自動對到達的RTCP數據報進行處理，并在需要時發(fā)送RTCP數據報，從而確保整個RTP會話過程的正確性。在RTP數據收發(fā)中，也可以通過調用RTPSession類提供的方法選擇當前RTP會話需要發(fā)送的控制信息，并對控制信息進行設置。
結語
本系統(tǒng)基于S3C2410平臺和WinCE操作系統(tǒng)，通過USB攝像頭采集現場實時視頻信息，并對其進行壓縮。然后，用兩塊無線網卡在開發(fā)板與上位機之間構建無線局域網絡，使用實時流式傳輸方式實現了視頻數據的無線傳輸。整個系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、安裝簡便、成本低廉等特點，可以應用在遠程監(jiān)控、工業(yè)控制、視頻會議、可視電活等諸多領域。
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